实验
实验材料
以标准砖(230*115*65mm)为试验试块,采用磷酸铝Al2(PO4)3作结合剂,制作密度为150kg/m3及400kg/m3珍珠岩保温砖各五块。
仪器
(1)功率5kw的上敞口马福炉2个,上口尺寸117*233mm,
(2)可控硅控温器;
(3)数字测温计。
实验步骤
将备好的保温砖放入炉内,如图1所示
将图1缝隙用散装珍珠岩密封,厚度为5cm。将电炉功率控制在定值上(5kw),每隔一定时间记录炉温变化,并用测温计测出两个封口的保温砖上表面的温度值,然后作出升、降温一时间函数关系图,以及保温砖表面温度一时间图,比较两种保温砖保温性能。
实验结果
1.对每一块保温砖,实验周期我6小时(保温2小时左右),试验结果如图2、图3所示。
从图2可以看出,密度大保温砖比密度小的保温砖早约7~8分钟升到900℃,停电后降温也慢。反复实验结果相同,另一方面,从图2可以看出珍珠岩保温砖表面温度也反映出密度大的平衡温度低,保温效果好。
实验装置虽然简单,但原理正确。大家知道常用轻质保温材料导热系数之所以小,其主要原因是含有大量气孔(一般气孔率在80%以上,多的可达300%)。在对流很弱时,孔内空气导热的能力差,从而使保温材料具有保温性。由此得出:“密度越小,保温性能越好”的结论。但是我们在引用这个结论时不应忽视它的前提,即:“气孔内气体对流很弱”。
根据常识,气体的对流与温差有关。对一般保温材料而言,炉温上升,两面温差变大,占气孔数一半左右的开口气孔间对流传热将加剧。随温度升高,对流传导将成为主要传热方式,逐渐使气孔导热性比材料本身更好,使气孔失去了保温作用;另一方面,在400℃以上时,材料本身的热辐射亦不可忽略,甚至超过热传导。此时,保温材料导热机理与常温下差别很大,产生有异于常温的现场也是正常的。
结论
正常范围内(P=0~0.59g/cm,0~600℃),密度大的珍珠岩保温砖比密度小的保温性能好。
常用轻质保温材料存在 一个极限温度,超过此点,密度大的材料导热系数较小。
中高温(T>500℃),高温导热仪测到的导热系数与实际保温性有相当差别。